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突破性的量子点晶体管创造了传统电子产品的灵活替代品

人工智能 2020-10-30 11:05:50

美国加州大学欧文分校的洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员及其合作者利用称为量子点的微小结构创建了基本的电子构建块,并将其用于组装功能逻辑电路。这项创新有望为复杂的电子设备提供一种更便宜,更易于制造的方法,该方法可以通过基于解决方案的简单技术在化学实验室中进行制造,并且可以为许多创新设备提供长期寻找的组件。

Victor Klimov说:“这种新方法对基于无毒量子点的电子设备的潜在应用包括可印刷电路,柔性显示器,芯片实验室诊断,可穿戴设备,医疗测试,智能植入物和生物识别技术。”洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)的专门研究半导体纳米晶体的物理学家,以及作者的论文发表在10月19日的“自然通讯”上的新结果上。

几十年来,微电子技术一直依靠在特别创建的洁净室环境中加工的超高纯度硅制成。近来,基于硅的微电子学受到多种替代技术的挑战,这些替代技术允许通过廉价,易于获得的化学技术在洁净室外部制造复杂的电子电路。用化学方法在不太严格的环境中制成的胶体半导体纳米颗粒就是这样一种新兴技术。由于它们的小尺寸和直接受量子力学控制的独特属性,这些粒子被称为量子点。

胶体量子点由覆盖有有机分子的半导体核组成。由于具有这种混合特性,它们将易于理解的传统半导体的优势与分子系统的化学多功能性相结合。这些特性对于实现新型的柔性电子电路具有吸引力,该电路可以印刷到几乎任何表面上,包括塑料,纸张甚至人体皮肤。此功能可以使许多领域受益,包括消费电子,安全性,数字标牌和医疗诊断。

电子电路的关键元件是晶体管,该晶体管充当由施加的电压激活的电流的开关。通常,晶体管分为成对的n型和p型器件,分别控制负电荷和正电荷的流动。这样的互补晶体管对是现代CMOS(互补金属氧化物半导体)技术的基石,该技术使微处理器,存储芯片,图像传感器和其他电子设备成为可能。

第一个量子点晶体管是在大约二十年前展示的。然而,在同一量子点层中集成互补的n型和p型器件仍然是一个长期的挑战。另外,该领域的大多数努力都集中在基于铅和镉的纳米晶体上。这些元素是剧毒的重金属,极大地限制了演示设备的实用性。

来自加州大学欧文分校的Los Alamos研究人员及其合作者的团队证明,通过使用硒化铜铟(CuInSe2)不含重金属的量子点,他们既可以解决毒性问题,又可以实现n的直接积分-和p晶体管位于同一量子点层中。为了证明所开发方法的实用性,他们创建了执行逻辑运算的功能电路。

Klimov及其同事在其新论文中提出的创新技术使他们可以通过应用两种不同类型的金属触点(分别为金和铟)来定义p型和n型晶体管。他们通过在预构图的触点顶部沉积一个公共量子点层来完成器件。克利莫夫说:“这种方法允许将任意数量的互补p型和n型晶体管直接集成到同一量子点层中,该量子点层通过标准旋涂法制成连续的无图案膜。”

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